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本研究以碳同化阶段三个连续催化的酶：果糖-1,6-二磷酸酶（Fructose-1, 6-bisphosphatase, 简称FBPase）、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶（Fructose-1, 6-bisphosphate Aldolase, 简称 ALD）和丙糖磷酸异构酶（Triosephosphate Isomerase, 简称 TPI）作为靶酶，利用蓝藻基因工程来研究光合作用的调控，这对于深入认识光合作用调节控制规律以及按照这些规律改造出人类所需求的植物有着重大而深远的意义，同时，这也可能是一条有效地控制或降低大气中CO2浓度的途径。本论文以此为目标，主要以转化一个、二个和三个靶酶基因进入蓝藻，研究它们如何调控蓝藻光合作用为主线而展开的一系列工作。 首先，通过PCR克隆出FBPase基因，并将其与表达载体pRL-439相连，然后再将其克隆到穿梭载体pDC-08强启动子（PpsbA）的下游，构建穿梭表达载体pDC-fbp，通过三亲接合转移法导入鱼腥藻7120中。与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120的FBPase的表达效率提高了16.8%，单酶活性提高了1.34倍。把ALD与TPI基因串联起来，并将其克隆到穿梭表达载体pRL-489强启动子（PpsbA）的下游，构建穿梭表达载体pRL-AT1和pRL-AT2，通过三亲接合转移法导入鱼腥藻7120中。与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120的ALD和TPI表达效率分别提高了58.9%和53.3%，双酶活性提高了2.59倍。而且，当外源基因的操纵子与载体质粒以大于1:1的比例进行构建时，可显著提高外源基因的表达及相应的酶活性。把上述三个基因串联起来，并将其与表达载体pRL-439相连，然后再将其克隆到穿梭载体pDC-08强启动子（PpsbA）的下游，构建穿梭表达载体pDC-ATF，通过三亲接合转移法导入鱼腥藻7120中。与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120的ALD、TPI和FBPase的表达效率分别提高了22.8%、20.9%和6.2%，三酶活性提高了1.96倍。在大气中CO2浓度为360p.p.m.条件下，提高转基因鱼腥藻7120的光合、放氧活性，CO2同化速率和加速了其生长。与野生鱼腥藻7120相比，转单酶基因的鱼腥藻7120净光合作用提高了17.2%，真实光合提高了22.5%，相应的CO2同化速率提高了18.1%，并加速了其生长；转双酶二聚体基因的鱼腥藻7120净光合作用提高了45.5%，真实光合提高了41.6%，相应的CO2同化速率提高了36.8%，并加速了其生长；转三酶基因的鱼腥藻7120净光合作用提高了31.3%，真实光合提高了38%，相应的CO2同化速率提高了33.2%，并加速了其生长。<WP=6>从转基因鱼腥藻7120室温吸收光谱的数据表明，与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120光合色素成份没有发生改变，光合器的结构也没有受到影响。低温荧光发射光谱的数据表明，与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120的PSII分配的能量更多，更易向PSI传递；而且，转基因鱼腥藻7120PSI有着更高的活性，从而产生更多的同化力，这有利于碳同化阶段的进行。动力学荧光的数据表明，与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120具有更强的原初光能转化效率，即PSII活性更高。当5mmol/L的NaHCO3加入氧电极的反应槽时，伴随着转基因鱼腥藻7120放氧活性大大增加，尤其是转pRL-AT2的鱼腥藻7120，与野生鱼腥藻7120相比，其净光合作用，真实光合作用分别提高了98%, 95.5%,并且光饱和点也提高了130.2%。这说明转基因鱼腥藻7120有着良好的应用前景。光学显微镜的观察发现，在同一生长时期，与野生鱼腥藻7120相比，转基因鱼腥藻7120个体更大一些，尤其是细胞直径更宽；而且，转基因鱼腥藻7120在生长后期仍具有很强生理活性，表现在形态上仍看不到明显的空腔。到目前为止，用蓝藻基因工程转化高等植物细胞中碳同化阶段的靶酶基因，提高转基因蓝藻同化CO2效率还未见任何报道；用蓝藻基因工程探索光合作用调节控制规律以及按照这些规律改造出人类所需求的植物，如高同化CO2的转基因蓝藻，也还未见任何报道。